ERHÖHUNG DER LEIMUNGSEFFIZIENZ DURCH ERMITTLUNG DES INDIVIDU-ELLEN EINFLUSSES VERSCHIEDENER, IN SUMMENPARAMETER EINGEHEN-DER GRÖSSEN AUF DAS MASSELEIMUNGSERGEBNIS

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de

ERHÖHUNG DER LEIMUNGSEFFIZIENZ DURCH ERMITTLUNG DES INDIVIDU- ELLEN EINFLUSSES VERSCHIEDENER, IN SUMMENPARAMETER EINGEHEN- DER GRÖSSEN AUF DAS MASSELEIMUNGSERGEBNIS

R. Schweiß und R. Grenz

Inhalt

1 Zusammenfassung 2

2 Abstract 3

3 Einleitung 5

4 Analytik verschiedener Prozesswässer 7

4.1 Salze 7

4.2 Störstoffspektrum 8

5 Materialien für Labor- und Pilotversuche 12

6 Laborversuche zur AKD-Leimung 13

6.1 Versuchsparameter 13

6.2 Ergebnisse 14

7 Pilotversuche (Harz- und AKD-Leimung) 18

7.1 Versuchsplan 18

7.2 Ergebnisse 19

8 Korrelationsanalysen 23

8.1 Laborblattbildung 23

8.2 Technikumsversuche 24

8.3 Bewertung 25

9 Schlussfolgerungen 25

10. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 27

Literaturverzeichnis 30

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1 Zusammenfassung

Thema Erhöhung der Leimungseffizienz durch Ermittlung des individuellen Einflusses verschiedener, in Summenparameter eingehender Grössen auf das Masselei- mungsergebnis.

Ziel des Projekts Ziel dieses Forschungsprojekts war die Ermittlung des individuellen Einflusses von Wasserinhaltsstoffen anstelle von üblichen Summenparametern im Hinblick auf die Masseleimung. Mit der Kenntnis der individuellen Einflüsse sollten kritische Konzentrationsgrenzen für die jeweiligen Parameter definiert werden, unterhalb derer mit hoher Wahrscheinlichkeit eine gute Leimung erreicht werden kann.

Vorgehensweise Einflüsse verschiedener Störstoffe (u. a. Holzextraktstoffe, Lignin, Stärke, Störstoffe aus Altpapieren, anorganische Salze) auf die Masseleimung wurden in Labor- und Technikumsmaßstab systematisch untersucht, quantifiziert und einer Korrelationsanalyse unterzogen. Die in den Labor- und Pilotversuchen gewonnenen Erkenntnisse wurden im Rahmen eines Betriebsversuches erfolgreich zur Optimierung der Leimdosierung genutzt.

Kritische

Parameter Als kritische Faktoren wurden die Füllstoffretention, der Gehalt an Störstoffen aus Holzschliff (Holzextraktstoffe und Lignin) und die Leitfähigkeit identifiziert. In Prozesswässern mit Störstoffen aus Holzschliff war der Leimbedarf signifikant höher als im Falle von Wasserinhaltsstoffen aus Fabriken mit reinem Altpapier- einsatz.

Schluss-

folgerungen Die Masseleimung von Papier ist eng an die Füllstoffretention gekoppelt, welche ihrerseits wieder von der Störstofffracht und -sorten, den Prozessbedin- gungen und Rohstoffen beeinflusst wird. Die Füllstoffe beeinträchtigen nicht nur wesentlich die Retention des Leimungsmittels, sondern auch dessen Effizienz im fertigen Papier (Leimungswirkung bezogen auf den Leimgehalt im Papier).

Variationen der Konzentrationen verschiedener Salze in praxisnahen Grenzen lieferten keine speziellen Einflüsse, welche nicht durch den Summenparameter Leitfähigkeit beschrieben werden können.

Die Modellierung der im Rahmen des Forschungsvorhabens betrachteten Einflussgrößen ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines besseren Verständnis- ses kausaler Zusammenhänge innerhalb des Wet Ends. Eine alleinige Bewer- tung der Leimungseffizienz mit rein linearen Modellen aus Regressionsanalysen der individuellen Wet-End-Parameter wird der Komplexität der Problematik Masseleimung allerdings sicher nicht gerecht und erlaubt allein keine exakte und für jede Papiermaschine allgemeingültige Prognose des Leimungsergeb- nisses. Mit der Einbeziehung weiterer Einflussgrößen, eines größeren Daten- satzes und durch Zuhilfenahme fortgeschrittener Berechnungsmodelle könnte eine verbesserte Prognosefähigkeit der Leimung erzielt werden.

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Danksagung Das Forschungsvorhaben IGF 14698 der Forschungsvereinigung PTS wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“

vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF finanziert.

Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt.

Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen der Papier- und Zulieferin- dustrie für die freundliche Unterstützung bei der Projektdurchführung.

2 Abstract

Theme Improvement of sizing efficiency of paper and board by evaluation of the specific effects of individual parameters adding up to overall wet end parameters.

Project objective The project aimed at a discrimination between individual factors and sum parameters which influence the sizing efficiency in paper manufacturing. Using the knowledge of the individual effects, critical threshold values should be defined below which a good sizing result can be expected.

Approach Influences of different detrimental substances (e. g. wood extractives, lignin, starch, detrimental substances originating from recycled paper, inorganic salts) on the sizing performance were investigated on lab and pilot scale, quantified and were subjected to a correlation analysis. The results gained in the laboratory and pilot trials were used for the optimization of the sizing agent dosage during a field trial in a papermill.

Critical

parameters The filler retention, the concentration of detrimental substances from groundwood (wood extractives and lignin) and the conductivity were identified as critical parameters. Papermaking process waters containing detrimental substances from groundwood were found to require significantly larger amounts of sizing chemicals as compared to water constituents from papermills using only recycled fibres.

Conclusions The internal sizing of paper and board is largely dependent on the filler retention which, in turn, is closely related to the concentration and types of detrimental substances, the process conditions and the raw materials. Fillers not only impair the retention of the sizing agents but also have an obvious effect on the efficiency (barrier properties related to the amount of size retained in the paper sheet).

Variations of different salts commonly present in suspension water did not yield specific effects. Therefore, their effects are sufficiently described by the sum parameter conductivity.

The modelling of the parameters examined in the framework of the project is an important step in the direction of a better understanding of causal interrelations in the wet end. An evaluation of the sizing efficiency solely based on pure linear regression models of individual wet end parameters might not be adequate to predict the complex process of paper sizing, especially a prognosis of the sizing result which is exact and universally valid for each paper machine. However, a

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model-based approach relying on additional parameters, a greater amount of data and advanced calculation models can be expected to further improve the understanding of wet end sizing.

Acknowledge-

ment The IGF research project 14698 of the research association PTS was funded within the program of promoting “pre-competitive joint research (IGF)” by the German Federal Ministry of Economics and Technology BMWi and carried out under the umbrella of the German Federation of Industrial Co-operative Re- search Associations (AiF) in Cologne. We would like to express our warm gratitude for this support.

We would also like to express our thank to the involved companies for supporting the project performance.

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3 Einleitung

Leimung Der Begriff Leimung beschreibt einen Hydrophobierungsprozess des Pa- piervlieses durch Zusatz von Leimungsmitteln, welcher die Benetzbarkeit bzw.

die Penetrationsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten in das Papier in definierter Weise reduziert [1, 2]. Der Leimungsgrad ist somit ein zentrales Qualitätskriteri- um für eine Reihe von verschiedenen Papiersorten (Offsetdruckpapiere, Büro- und Administrationspapiere, Photopapiere, Etikettenpapiere, Spezialpapiere, Faltschachtelkarton). Die Leimung dient dabei dazu, funktionale Papiereigen- schaften (Beschreibbarkeit, Bedruckbarkeit, Weiterverarbeitbarkeit wie z. B.

Streichen, Kaschieren und Verkleben) zu verbessern. Nicht zuletzt soll mit dem Leimungsprozess auch die Runnability der Papiere in den obengenannten Weiterverarbeitungsprozessen verbessert werden.

Masseleimungs- mittel

Zur Masseleimung von Papier- und Kartonprodukten werden vorrangig folgende Leimungsmittel eingesetzt [3, 4]:

• Naturstoffbasierende Systeme (Harzseifen, Harzdispersionen)

• Synthetische Leimungsmittel (Alkylketendimer – AKD, Alkenylbernstein- säureanhydrid – ASA)

Störstoff-

problematik Der gegenwärtige Trend bei der Papiererzeugung ist gekennzeichnet durch die Einengung der Prozesswasserkreisläufe, höhere pH-Werte und Temperaturen, höhere Prozesstemperaturen bei der Holzstofferzeugung und im Was- serkreislauf der Papiermaschine sowie steigenden Altpapier- und Füllstoffein- satz. Diese Entwicklungen führen zu höheren Konzentrationen von geladenen und ungeladenen Störstoffen im Stoffsystem, die unter dem Sammelbegriff

„kolloidal gelöste Stoffe“ (engl. dissolved colloidal substances, DCS) erfasst werden [5, 6]. Folgendes Schema gibt eine Übersicht über die wichtigsten Störstoffe in Kreislaufwässern:

Übersicht

Störstoffe ANORGANISCH

SYNTHETISCH ORGANISCH

NATURSTOFFE Carbonat

Calcium Aluminium

Silikate Sulfat Chlorid

Holzextraktstoffe Harz(säuren) Fettsäure (ester)

Lignin

Druckfarben Öle, Wachse Harzsäureester Unges. Fettsäuren

Polyacrylate Styrenacrylate

Polyester Alkydharze

Stickies SBR Vinylacrylat Polyisopren Acrylonitril Naturkautschuk

Strichbinder SBR Polyvinylalkohol

Vinylacrylat PVC

Hotmelts Polyethylen

Wachs Phtalsäureester

BIOLOGISCH Bakterien

Pilze Algen

Quellen: Faserstoff Altpapier

Additive/Kreislaufwasser

Stärke(metabolite) ANORGANISCH

SYNTHETISCH ORGANISCH

NATURSTOFFE Carbonat

Calcium Aluminium

Silikate Sulfat Chlorid

Holzextraktstoffe Harz(säuren) Fettsäure (ester)

Lignin

Druckfarben Öle, Wachse Harzsäureester Unges. Fettsäuren

Polyacrylate Styrenacrylate

Polyester Alkydharze

Stickies SBR Vinylacrylat Polyisopren Acrylonitril Naturkautschuk

Strichbinder SBR Polyvinylalkohol

Vinylacrylat PVC

Hotmelts Polyethylen

Wachs Phtalsäureester

BIOLOGISCH Bakterien

Pilze Algen

Quellen: Faserstoff Altpapier

Additive/Kreislaufwasser

Stärke(metabolite)

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Einflüsse auf die

Leimung Die Effizienz der Masseleimung hängt im Wesentlichen von den Schlüsselpro- zessen Leimretention, Filmbildung und Reaktion auf der Faseroberfläche (AKD, ASA) ab [7 – 9]. Bezüglich der Mechanismen der Leimungsstörung lassen sich daher folgende vier Substanzklassen unterscheiden:

Anionische Störstoffe (→ elektrostatische Wechselwirkungen)

Anionische Störstoffe adsorbieren an die kationischen Leimkolloide, vermindern deren Ladung oder führen zu deren Flockung. Die Folge ist eine reduzierte Menge an Leim an der Faser [10].

Ionen (→ elektrostatische Wechselwirkungen)

Hohe Konzentrationen an Kationen bzw. Anionen reduzieren die Affinität zwischen Leimkolloid und Faserstoff durch elektrostatische Abschirmung.

Hydrophobe Komponenten (→ hydrophobe Wechselwirkungen)

Hydrophobe Substanzen (wie z. B. Holzextrakte, Stickys) können durch Adsorp- tion/Koaleszenz mit den Leimdispersionen reagieren und so zu Verlusten führen [11].

Grenzflächenaktive Stoffe(→ hydrophobe + elektrostatische Wechsel- wirkungen)

Grenzflächenaktive Stoffe (z. B. Tenside aus dem Deinkingprozess, amphiphile Farbstoffe, Biozide, Entschäumerkomponenten) beinflussen die Leimpartikelre- tention oder bilden Fehlstellen im Leimfilm [12].

Summen-

parameter Für die Prozesskontrolle während der Papierzeugung und zur Charakterisierung der Prozess- und Abwässer sind in der modernen Papierindustrie Summenpa- rameter wie Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), Leitfähigkeit, Partikelladung oder Trübung gebräuchlich [13]. Das folgende Schema verdeutlicht die Zusam- menhänge zwischen Summen- und Individualparametern. Es ist ersichtlich, dass manche Individualparameter in mehrere Summenparameter eingehen.

Summen- und Einzelparameter

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Vorgehensweise Die detaillierte Analyse der Störstoffe in Praxisanlagen bildete die Basis aller weiterer Arbeiten. Im Labor- und Technikumsmassstab wurden Untersuchungen unter Einbeziehung von Praxiswässern durchgeführt und anschließend einer Korrelationsanalyse unterzogen. Daraus wurden spezifische Einflussparameter ermittelt.

4 Analytik verschiedener Prozesswässer

Auswahl Um ein möglichst breites Spektrum an Störstoffen abzudecken, wurden mehrere Papierfabriken mit verschiedenen Rohstoffquellen untersucht:

• Hoher Anteil an Holzschliff (Störstoffe aus Holzextrakten, Lignin)

• 100% DIP (Störstoffe aus Bindemitteln, Klebstoffen etc.)

• Frischzellstoff (geringe Störstoffbelastung)

Untersuchte

Werke Folgende Werke wurden untersucht:

Papiersorte Rohstoffe Leimungsmittel Werk 1 Kopierpapier Zellstoff Kationische Harz-

dispersion Werk 2 Werkdruckpapier Holzschliff (67%)

DIP (33%) AKD

Werk 3 Spezialpapier DIP AKD

Werk 4 Grafisches

Recyclingpapier DIP AKD

4.1 Salze

Salzgehalte Die folgende Tabelle zeigt die Konzentrationen der Ionen in den Prozess- wässern. Der Aluminium- und Chloridgehalt war infolge des Einsatzes von Harzleim/PAC bei Werk 1 am höchsten.

Tab. 1: Salzkonzentrationen der Prozesswässer

Werk [Al³⁺] (mg/L) [Ca²⁺] (mg/L) [SO42-] (mg/L) [Cl^-] (mg/L)

1 2,0 97 32 446

2 0,3 163 492 133

3 0,2 206 366 96

4 0,3 112 309 189

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4.2 Störstoffspektrum Störstoff-

fraktionen

Eine Möglichkeit zur Bewertung der Störstoffe ist die Unterscheidung über die Molmasse bzw. die Partikelgröße [14]. Im Rahmen dieses Projekts wurden die Prozesswässer mittels Ultrafiltration fraktioniert und von diesen Fraktionen der CSB bestimmt. Mit diesem Verfahren lässt sich ohne großen instrumentellen Aufwand (wie z. B. GC/MS) eine Diversifizierung der In- haltsstoffe erreichen.

Klassifizierung von Störstoffen nach Molmasse

Bakterien Kleber

Binder Latices Hemicellulosen Viren

100 200 10000 20000 100000 500000 Metallionen

Salze

Fasern Feinstoffe

Streichpigmente Polysaccharide

Oligosaccharide Holzextraktstoffe Lignosulfonate Lignine

Farbstoffe Tenside Monosaccharide

Huminsäuren

Molekulargewichte ( g / mol ) Größenbereich ( µm )

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Ionogener Molekularer Makromolekularer Kolloidale Makropartikel Bereich Bereich Bereich Partikel

Lignine

Abb. 1: Molmassen verschiedener Störstoffe

Bestimmung ausgewählter Inhaltsstoffe

Zur weiteren Aufklärung der Wasserinhaltsstoffe wurden folgende Metho- den auf die Eindampfrückstände bzw. die Dichlormethan- oder Ethylacetat- extrakte angewandt:

• Stärkebestimmung (enzymatisch nach PTS-Methode)

• Ligninbestimmung (UV-VIS-Spektrometrie)

• FTIR-Spektrometrie

• Röntgenmikroanalyse (RMA/EDXA)

Werk 1 (Zellstoff) Die Stärkebestimmung ergab Anteile an Stärke am CSB von 79 % (Stoff- auflauf) und 92 % (Prozesswasser Ausschusspulper). Das bedeutet, dass der CSB an der PM A hauptsächlich auf den Stärkeeinsatz zurückgeht.

Über die Rückführung von oberflächengeleimten Ausschuss wird vor allem Oberflächenstärke ins Prozesswasser abgegeben. Deshalb ist der Stärke- anteil erwartungsgemäß bei Ausschuss am höchsten. Dies bestätigt auch die oben dargestellte Molmassenverteilung des CSB. Wäre der Hauptanteil an diesem Massestärke, müssten weitaus größere Anteile im hochmoleku-

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laren Bereich (> 100.000) zu finden sein. Stattdessen findet man über die Hälfte des CSB-Anteils im Molmassenbereich von < 20.000, was auf hydrolytisch abgebaute Stärke zurückzuführen ist.

0 500 1000 1500 2000 2500

<

5.000 D

5.000 - 10.000 10.000 - 20.000

Gesamt

Molekulargewicht ( g / mol )

CSB ( mg / L )

Stoffauflauf Ausschuss

Abb. 2: Molmassenverteilung des CSB (Werk 1)

Werk 2

(Holzschliff/DIP)

Die Extrakte des Prozesswassers der PM B zeigten bei der Untersuchung mittels FTIR-Spektrometrie für Harzsäuren und Harzester (Holzextraktstof- fe) und weitere ungesättigte Verbindungen (Lignin) charakteristische Ban- den (z. B. bei 3372 cm^-1, 1568 cm^-1 und 1417 cm^-1). Diese Extraktstoffe sind auch Ursache für den CSB im Molmassenbereich < 5.000. Die Röntgenmik- roanalyse des Eindampfrückstandes wies Signale von Silicium auf, welches vermutlich auf Reste von Wasserglas (DIP-Stoff-Anteil) oder Bentonit (Mikropartikelsystem) zurückzuführen ist. Die Ligninbestimmung für das Prozesswasser der Werks 2 ergab eine signifikante Ligninkonzentration von 190 mg/L. Dies ist auf den hohen Anteil an Holzschliff (47 %) im Rohstoff- mix zurückzuführen. Die Molmassenverteilung der Störstoffe in der Holz- schlifflinie zeigt dementsprechend auch einen hohen CSB im niedermolekularen Bereich, der neben den Harzsäuren den Ligninbestandteilen zuzuordnen ist.

(10)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de 0

200 400 600 800 1000 1200 1400

< 5.0 00

5.000 - 10.

000

10.000-20.

000

20.000 - 100.

000

>100.

000

Molekulargewicht ( g / mol )

CSB (mg / L)

Holzstoff DIP Stoffauflauf

Werk 3 (DIP) Werk 3 produziert Spezialpapiere aus 100 % höherwertigen Altpapiersorten (DIP). Gemäss dieses Rohstoffspektrums entfällt etwa ein Drittel des CSB auf Stärkepolysaccharide aus den Altpapierrohstoffen. Der hochmolekulare bzw. kolloidale Anteil des CSB ist relativ niedrig. Dies bedeutet, dass relativ wenig Strichbinder und Klebstoffpartikel, welche in den Rohstoffanalysen gefunden wurden, ins Prozesswasser gelangt sind.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

< 5.000

5.000-10.0 00

10.0 00-20.000

20.000-100.000 >100.000 colloids >

0.45µ m

Molekulargewicht ( g / mol)

CSB ( mg / l )

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Werk 4 (DIP) Werk 4 fertigt grafische Recyclingpapiere aus 100 % Altpapier. Die CSB- Verteilung nach Molmassen war daher ähnlich der im Werk 3. Der Stärke- anteil fiel hier allerdings z. T. unter die Nachweisgrenze der Methode und war daher nicht verlässlich bestimmbar. Der Hauptanteil des CSB findet sich im niedermolekularen Bereich und wird durch Druckfarbenreste (Al- kydharze o. ä.), Flotationshilfsmittel und Folgeprodukte aus dem Deinking verursacht.

Die FTIR-Untersuchungen lieferten charakteristische Banden für Fettsäure- seifen (Deinkingchemikalien) und Harzverbindungen (harzgeleimtes Altpa- pier). IR-Signale von Strichbindern (Styren, Acrylate) waren nicht zu beobachten. Dafür spricht auch die obige Molmassenverteilung des CSB für das Prozesswasser, da im hochpolymeren und kolloidalen Bereich kaum orga- nische Substanzen gefunden wurden.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

< 5.000

5.000-10.000

10.000-20.000

20.000-100.000

100.000-300.000

Kolloide > 0 .45 µm

Molekulargewicht ( g/mol )

CSB ( mg/L )

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5 Materialien für Labor- und Pilotversuche

Materialien Tab. 2: Übersicht über die eingesetzten Rohstoffe und Additive Faserstoffe

Mischung 80 % Celbi PP (Eukalyptus/Kurzfaser) 20 % Arauco (Kiefer/Langfaser)

Kappazahl 0,7 (KF) 0,6 (LF)

Alkalilöslichkeit S5 11,1 % (KF) 7,1 % (LF)

Gesamtladung 69,7 mmol/kg

Oberflächenladung 38 mmol/kg Grenzviskositätszahl 802 mL/g Wasserrückhaltevermögen 165 %

Asche 525°C 0,42 %

Mahlgrad 26 °SR

Wässer

Werk 2 (Rohstoffe 67 % Holzschliff, 33 % DIP)

Werk 4 (Rohstoff 100 % DIP)

Frischwasser (Heidenau) Additive

Harzleimung AKD Retentionsmittel Polyethylenimin Polyethylenimin Füllstoff GCC (Pilotversuche) GCC (Laborversuche)

PCC (Pilotversuche)

Flockungsmittel PAC –

Leim Kationische Harzdispersion AKD Analytik der

Leimungsmittel Eingesetzt wurden ein AKD-Leim und eine verstärkte, kationische Harzleimdis- persion. Die Analyse der Leimungsmittel ergab folgende Eigenschaften:

Tab. 3: Charakteristika der Leimungsmittel Typ Wirkstoff-

gehalt (%)

Zetapotential (mV)

Mittlere Partikelgröße

(µm) pH

AKD 15 +12,9 1,20 2,8

Harzleim 30 + 4,0 0,86 3,5

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6 Laborversuche zur AKD-Leimung

6.1 Versuchsparameter

Vorgehensweise Zunächst musste die Leimdosis gefunden werden, bei welcher ein mittlerer Leimungseffekt eintritt, ohne dass eine Überdosierung des Leims vorliegt, welche die Effekte der Wasserinhaltsstoffe überdecken würde. Dazu wurde Laborblätter mit reinem Prozesswasser (Nullvariante) gebildet und der Cobb₆₀-Wert sofort nach der Blatttrocknung bestimmt. Für die weiteren Versuche mit den verschiedenen Wassermischungen wurde anschließend mit einer konstanten Leimdosis von

• 3 % Handelsware otro Faserstoff (Versuchsreihe Holzschliff)

• 0,5 % Handelsware otro Faserstoff (Versuchsreihe DIP)

weitergearbeitet, da diese Leimdosen jeweils einen Cobb-Wert (Sofortbe- stimmung) von 35 g/m² zeigten.

Modellwässer Es wurden zwei Prozesswässer aus Papierfabriken (Holzschliffeinsatz und 100 % Altpapier) entnommen, über einen Schwarzbandfilter vorfiltriert und in definierten Anteilen mit Frischwasser verdünnt. Die Sulfat- und Chlorid- gehalte wurden durch Zusatz von Natriumsulfat und Calciumchlorid einge- stellt. Durch diese Mischung wurden 12 Modellwässer mit definierter Stör- stofffracht, Wasserhärte und Leitfähigkeit erhalten.

Tab. 4: Modellwässer für die Laborblattbildung Nr. Anteil

Prozesswasser (%)

Anteil Frischwasser

(%)

Zugabe Sulfat (mg/L)

Zugabe Chlorid (mg/L)

0 100 0 0 0

1 25 75 0 0

2 25 75 0 100

3 25 75 100 0

4 25 75 300 200

5 50 50 0 0

6 50 50 0 100

7* 50 50 100 0

8 50 50 300 200

9 75 25 0 0

10* 75 25 0 100

11 75 25 100 0

12 75 25 300 200

Wasser- parameter

Die Analyse der Salzkonzentrationen und die Summenparameter CSB und Leitfähigkeit zeigten die Variationen während der Laborblattbildung. Der CSB und die Aluminiumkonzentrationen wurden nicht variiert, sondern ausschließlich durch den Prozesswasseranteil bestimmt.

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6.2 Ergebnisse

Retention Für beide Versuchsreihen (Holzschliff und DIP) wurden keine drastischen Effekte nach Variation der Störstoffkonzentrationen und der Salzfrachten gefunden. Die First-pass-Retention sank nur geringfügig mit zunehmender Leitfähigkeit.

Füllstoffgehalt

des Papiers Mit steigendem Anteil an Prozesswasser Holzschliff wurde eine Abnahme des Aschegehalts im Papier festgestellt. Im Falle des Prozesswassers DIP hingegen wurde kein Einfluss des Prozesswasseranteils bzw. Salzgehalts beobachtet.

0 5 10 15 20 25 30 35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

100 25 25 25 25 50 50 50 50 75 75 75 75

Aschegehalt im Papier (%)

Holzschliff DIP

Prozesswasseranteil (%)

Abb. 6: Füllstoffgehalt der Laborblätter

Cobb-Werte Folgende Abbildung zeigt die Cobb60-Werte nach der Trocknung im Rapid- Köthen-Blattbildner (dunkle Balken) und nach mehrtägiger Lagerung im Normklima (helle Balken). Es war eine starke Nachreifung der AKD- Leimung zu beobachten. Die Unterschiede zwischen den Cobb-Werten für die verschiedenen Versuchseinstellungen fielen nach Normklima-Lagerung deutlich geringer aus als für die frisch getrockneten Laborblätter.

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Cobb60-Werte

100 25 25 25 25 50 50 50 50 75 75 75 75

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

DIP

Cobb60 ( g / m2 )

sofort nach Lagerung

0 10 20 30 40 50 60

Holzschliff

Anteil Prozesswasser (%)

Abb. 7: Cobb60-Werte

Penetrations- analyse

Penetrationskurven (PDA-EMTEC-Gerät [15]) der Laborblätter wurden nach Lagerung im Normklima mit Wasser für ein Messintervall von 60 s aufge- nommen. Im Gegensatz zu den Cobb-Werten sind auch nach der Lagerung im Normklima Unterschiede in den Barriereeigenschaften (A60, W,tmax) festzustellen.

Prozesswasser Holzschliff

Die Penetrationseigenschaften sind in diesem Fall hauptsächlich vom Anteil an Prozesswasser (und damit mit der Fracht an Störstoffen die auf den Holzschliffanteil zurückzuführen sind) abhängig. Dies zeigt auch die folgende Abbildung mit drei Penetrationskurven bei verschiedenen Gehalten an PW Holzschliff ohne Zusatz von Salzen.

Einfluss der Störstoffe (Holzschliff)

50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60

t (s)

I (%)

25% Prozesswasser HOLZSCHLIFF 50% Prozesswasser HOLZSCHLIFF 75% Prozesswasser HOLZSCHLIFF kein Zusatz von Salz

Abb. 8: Ausgewählte Ultraschallpenetrationskurven PW Werk 2

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Prozesswasser

DIP

Im Gegensatz zum Prozesswasser Holzschliff zeigt sich hier der dominie- rende Einfluss des Salzgehalts, da das Prozesswasser DIP bereits selbst eine große Salzbelastung mit sich führt. Folgende drei PDA-Kurven zeigen das sehr anschaulich.

Einfluss der Leitfähigkeit

50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60

t (s)

I (%)

1280 µS/cm 1490 µS/cm 2170 µS/cm

75 % Prozesswasser DIP

Abb. 9: Ausgewählte Ultraschallpenetrationskurven PW Werk 4

Anteil an AKD im Papier

Die NIR-Analyse der Prüfblätter [16] zeigt aufgrund der höheren Leimdosis einen meist deutlich höheren Gehalt an Leim für die Prozesswassermi- schungen Holzschliff (Leimdosierung 3 %). Beim System DIP (Leimdosie- rung 0, 5%) wurden überraschenderweise höhere Leimgehalte für die Einstellung mit höherem Prozesswassergehalt bzw. höherer Salzfracht gefunden (siehe rote Kreise).

AKD-Anteil im Papier

Abb. 10: AKD-Gehalt der Laborblätter, bestimmt durch NIR-Spektrometrie

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PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Relativer Cobb-

Wert

Zu einer einfachen Beurteilung der Leimungseffizienz kann der Cobb-Wert auf den Gehalt an Leim im Papier

χ

_AKD^Papiernormiert werden. Dieser wird im Folgenden als relativer Cobb-Wert (Cobbrel) bezeichnet.

Papier AKD

rel Cobb

Cobb = 60⋅

χ

Während bei Prozesswasser Holzschliff keine eindeutigen Trends zu beobachten waren, ist bei der Reihe PW DIP ersichtlich, dass niedrigere Prozesswasseranteile (Nr. 1 – 4) eine deutlich höhere Effizienz des im Papier retenierten Leims aufweisen. Generell ist bei niedrigen Salzgehalten die Effizienz des Leimungsmittels beim System DIP deutlich höher als bei den Wässern mit Holzschliffanteil (siehe roter Kreis)

Leimungs- effizienz

Abb. 11: Relativer Cobb-Wert der Laborblätter

Fazit Die Laborversuche zeigten im Allgemeinen, dass der Einfluss von Störstof- fen aus Prozesswässern bei Einsatz von Holzschliff (z. B. Harze, Lignin) weitaus größer ist als derjenigen aus dem hier verwendeten Prozesswasser aus Werk 4. Dies hat einen deutlich höheren Leimungsmittelbedarf im Fall von Prozesswasser Werk 2 zufolge. Die Effizienz der Leimung (Cobb-Wert bezogen auf Leimgehalt im Papier) ist ebenfalls deutlich besser im Falle von PW Werk 4. Erst bei hohen Leitfähigkeiten ist beim Prozesswasser DIP eine verringerte Leimungsmittelwirkung zu verzeichnen.

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7 Pilotversuche (Harz- und AKD-Leimung)

7.1 Versuchsplan

Vorgehen Zunächst wurde in 2 Vorversuchen die notwendige Leimdosis im Prozesswasser PM B ermittelt, welche eine Leimung mit einem Cobb60-Wert (Sofortmessung) um etwa 30 – 35 g/m² erzielt. Danach wurden die Prozesswässer mit Frischwas- ser (FW) verdünnt und Salze zugesetzt, um die Wasserparameter zu variieren.

Pro Variante wurde jeweils eine Einstellung mit und ohne Füllstoffeinsatz gefah- ren.

Modellwässer Tab. 5: Modellwässer für das Versuchsprogramm Pilotpapiermaschine

Nr. Leim Leimdosis

(% HW bez. auf otroFS)

Wasser Zusatz

Natrium- sulfat *

Zusatz Calcium- Chlorid * 1 AKD 3,8 Werk 2 (Holzschliff) - - 2 Harz 1,0 (2_1)

2,0 (2_2)

Werk 2 (Holzschliff) - -

3 AKD 3,8 Werk 4 (DIP) - - 4 Harz 4,0 Werk 4 (DIP) - - 5 AKD 3,8 50 % Werk 2 50 % FW - - 6 Harz 4,0 50 % Werk 2 50 % FW - - 7 AKD 3,8 50 % Werk 4 50 % FW - - 8 Harz 4,0 50 % Werk 4 50 % FW - - 9 AKD 3,8 Werk 2 (Holzschliff) 300 g/m³ 220 g/m³ 10 AKD 3,8 Werk 4 (DIP) 220 g/m³ 300 g/m³

* Natriumsulfat-Decahydrat bzw. Calciumchlorid-Dihydrat

Dosierreihen-

folge Im Falle der Harzleimung wurde die doppelte Menge Polyaluminiumchlorid (HW) zudosiert.

Schritt Komponente Dosierstelle 1 PAC (bei Harzleim) Mischbütte

2 Leim Mischbütte

3 Füllstoff Konstantteil vor dynamischem Mischer (30 s vor Schritt 4)

4 Retentionsmittel Konstantteil vor statischem Mischer (3 s vor Stoffauflauf)

(19)

7.2 Ergebnisse

Ascheretention Die Füllstoffretention war im Falle der Harzleimung signifikant schlechter als für die AKD-Serien, bei welchen erst durch hohen Salzzusatz (Experimente 10_1 und 10_2) ein Einbruch der Füllstoffretention zu verzeichnen war (siehe Kreis).

Überraschenderweise fiel die Ascheretention für das PW Holzschliff (Serie 1) höher aus als für das PW DIP (Serie 3). Ebenso unerwartet war der Befund, dass im Falle des halben Anteils an PW (5 und 7) die Ascheretention geringer ausfiel als bei den reinen Wässern (1 und 3). Eine Zunahme der Leitfähigkeit führte jedoch in beiden Fällen – wie bereits bei den Laborversuchen – zu einem verrin- gerten Füllstoffgehalt.

Füllstoffgehalt der Papiere

Abb. 12: Ascheretention bei der Versuchsreihe Technikumspapiermaschine

Cobb-Werte Aufgrund der schlechten Füllstoffretention bei den Harzleim-Varianten war erwartungsgemäß auch die retentierte Leimungsmittelmenge gering. Dies zeigt sich auch bei der weitaus besseren Leimung für die füllstofffreien Experimente (rot gekennzeichnet). Eine Applikation von kationischer Stärke – wie bei der Harzleimung üblich – hätte hier sicherlich die Asche- und Leimretention verbessert. Zur Vereinfachung des Versuchsprogramms wurde allerdings an dieser Stelle darauf verzichtet.

Bei den Serien mit AKD zeigte sich nach Reifung (zweitägige Lagerung im Normklima) eine ausgezeichnete Leimungswirkung. Eine höhere Wasserauf- nahme wurde nur bei den Varianten 10 (höhere Salzfracht) beobachtet. Überra- schend war allerdings die zum Teil schlechtere Leimung bei der füllstofffreien Einstellung innerhalb einer Variante.

(20)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Cobb – Harzleim

Abb. 13: Cobb60-Werte der harzgeleimten Prüfpapiere

Cobb – AKD

Abb. 14: Cobb60-Werte der AKD-geleimten Prüfpapiere

Harzleimgehalt Die gravimetrische und UV-spektroskopische Analyse des DCM-Extraktes lieferte gute übereinstimmende Werte für den Harzleimgehalt im Papier. Auch für die Varianten Harzleim konnte eine gute Korrelation mit den Cobb- und PDA- Befunden festgestellt werden. Die höchsten Harzleimanteile finden sich wie erwartet in den Papieren ohne Füllstoffeinsatz (z. B. 2_2_0_2 , 4_0_1 und 6_0_2).

(21)

Abb. 15: Harzleimgehalt der Prüfpapiere bestimmt durch Extraktion

(Dichlormethan) und UV-Spektroskopie des Ethylacetat-Extrakts

AKD-Gehalt Der Gehalt an AKD in den Prüfpapieren erklärt die verhältnismäßig schlechte Leimungswirkung in den füllstofffreien Varianten und spiegelt auch sehr gut die Barriereeigenschaften (Cobb-Wert und PDA-Parameter) wider. Unerwartet wurde der höchste AKD-Gehalt bei der Serie 1 (reines PW Holzschliff) beobachtet.

Abb. 16: AKD-Gehalt der Prüfpapiere bestimmt durch NIR-Spektrometrie

Leimungs- effizienz:

Relativer Cobb- Wert

Die Ergebnisse der Normierung des Cobb-Werts auf die jeweiligen Leimgehalte im Papier unterstreichen die Problematik der Leimung beim Einsatz von Füllstof- fen. Die Präsenz von Füllstoffen führt nicht nur zu einer verminderten Retention, sondern offensichtlich auch zu einer geringeren Effizienz des Leims. Die normier- ten Cobb-Werte für die Einstellungen ohne Einsatz von Füllstoff (rote Balken) sind deutlich niedriger für beide Leimungssysteme. Die präferentielle Adsorption

(22)

der Leimkomponenten auf den Füllstoffen erschwert eine homogene Verteilung des Leims auf der Faser, die für eine gute Leimung erforderlich ist. Im Falle von AKD wurde bei den Serien eine geringfügig höhere Wirkung beim PW DIP im Vergleich zu PW Holzschliff beobachtet. Eine Reduktion der Störstoffe durch Verdünnung der Prozesswässer und eine Erhöhung der Salzbelastung durch Zusatz von Natriumsulfat und Calciumchlorid hatte für beide Leimungssysteme nur geringe Auswirkungen auf die Effizienz.

Relativer Cobb – Harzleim

Abb. 17: Relativer Cobb-Wert (Cobb-Wert bezogen auf den Leimgehalt im Papier) für die harzgeleimten Prüfpapiere

Relativer Cobb – AKD

Abb. 18: Relativer Cobb-Wert (Cobb-Wert bezogen auf den Leimgehalt im Papier) für die AKD-geleimten Prüfpapiere

(23)

8 Korrelationsanalysen

Vorgehensweise Kern der Korrelationsanalyse ist die Auswertung der aus erfassten Daten bere- chenbaren paarweisen Korrelationskoeffizienten mit Werten im Intervall [-1, 1]

)]

( ) ( [ / ) , ( cov )

,

( x

_p

x

_q

x

_p

x

_q

std x

_p

std x

_q

R =

Der Korrelationskoeffizient gibt ebenso wie die Kovarianz cov an, inwieweit zwei Messvariablen gemeinsam variieren. Im Falle R ≈ 1 liegen starke positive Korre- lationen mit einer annähernd linearen Relation zwischen den beiden ausgewähl- ten Variablen vor. Die für R ≈ -1 vorliegende starke negative Korrelation, auch als Antikorrelation bezeichnet, ist charakterisiert durch eine lineare Beziehung zwischen diesen Variablen mit einem negativen Anstieg der Geraden. Im Falle R ≈ 0 liegen keine Paarkorrelationen vor, d. h. die Variablen sind dann statistisch unabhängig voneinander.

8.1 Laborblattbildung

PW Holzschliff Die Korrelationsanalyse für das System Holzschliff zeigt den dominierenden Einfluss des Prozesswasser-Anteils (gute Korrelation zu Prozesswasseran- teil/CSB) und damit der Störstoffkonzentration (aus Holzschliffkomponenten).

Der Aschegehalt im Papier steht ebenfalls in engem Zusammenhang mit den Barriereeigenschaften (Cobb-Wert, A60, W). Die Korrelationen (PW-CSB, PW- Aluminium und A60-Aluminium) sind nur Artefakte, da diese durch das Mischen der Wässer zustandekommen und keine unabhängige Variation darstellen.

Korrelations- matrix – Holzschliff

Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobb sofort Cobb Lagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

HOLZSCHLIFF

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobbsofort CobbLagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobb sofort Cobb Lagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

HOLZSCHLIFF

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 Prozesswasseranteil

CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobb sofort Cobb Lagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

HOLZSCHLIFF

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobbsofort CobbLagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

Abb. 19: Korrelationsmatrix der Laborblätter (PW Werk 2 – Holzschliff)

DIP Die Korrelationsmatrix beim System DIP zeigt einen ausgeprägten Einfluss der Salze/Leitfähigkeit auf AKD-Gehalt und Qualitätsparameter (A60, W). Diese sind jedoch kaum proportional zum Aschegehalt des Papiers.

(24)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Korrelations-

matrix – DIP

rozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobb sofort Cobb Lagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

DIP

Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobbsofort CobbLagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 rozesswasseranteil

CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobb sofort Cobb Lagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

DIP

Prozesswasseranteil CSB Sulfat Chlorid Aluminium Wasserhärte Leitfähigkeit Asche Retention Cobbsofort CobbLagerung AKD-Gehalt A60 W tmax

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000

Abb. 20: Korrelationsmatrix der Laborblätter (PW Werk 4 – DIP)

8.2 Technikumsversuche Korrelations-

analyse

Anhand der Korrelationsanalyse der Versuchsreihe Harzleim an der Techni- kumspapiermaschine zeigt sich der enge Zusammenhang zwischen Harzleim- gehalt und Füllstoffretention, welcher die Leimung bestimmt. In den Versuchs- reihen AKD bestätigte sich, dass die AKD-Retention zwar proportional zum Aschegehalt ist, die Leimungswirkung jedoch weniger mit dem AKD-Gehalt korreliert. Wie bereits bei den Laborblättern zeigt sich ein negativer Einfluss der Leitfähigkeit auf die Leimung (Cobb-Wert).

Korrelations- matrix – Harzleimung

PW-Anteil Holzschliff PW-Anteil DIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Harzgehalt gravimetr.

Harzgehalt UV-VIS Cobb Lagerung A60 W tmax

Harzleimung

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 PW-AnteilHolzschliff PW-AnteilDIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Harzgehalt gravimetr. Harzgehalt UV-VIS CobbLagerung A60 W tmax

PW-Anteil Holzschliff PW-Anteil DIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Harzgehalt gravimetr.

Harzgehalt UV-VIS Cobb Lagerung A60 W tmax

Harzleimung

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000 PW-AnteilHolzschliff PW-AnteilDIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Harzgehalt gravimetr. Harzgehalt UV-VIS CobbLagerung A60 W tmax

Abb. 21: Korrelationsmatrix der Prüfpapiere (Harzleimung)

(25)

PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de Korrelations-

matrix – AKD

PW-Anteil Holzschliff PW-Anteil DIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Cobb Lagerung A60 W Tmax Cobb frisch AKD-Gehalt

AKD-Leimung

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000

PW-AnteilHolzschliff PW-AnteilDIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt CobbLagerung A60 W tmax Cobbfrisch AKD-Gehalt

PW-Anteil Holzschliff PW-Anteil DIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt Cobb Lagerung A60 W Tmax Cobb frisch AKD-Gehalt

AKD-Leimung

-1.000 -0.7734 -0.5469 -0.3203 -0.09375 0.1328 0.3594 0.5859 0.8125 1.000

PW-AnteilHolzschliff PW-AnteilDIP PCD Trübung CSB Aluminium Chlorid Sulfat Calcium Leitfähigkeit Aschegehalt CobbLagerung A60 W tmax Cobbfrisch AKD-Gehalt

Abb. 22: Korrelationsmatrix der Prüfpapiere (AKD-Leimung)

8.3 Bewertung

Fazit Korrelations- und Regressionsanalysen sind ein hilfreiches Instrument zur Wichtung und kritischen Bewertung der verschiedenen Einflussparameter. Die PLS-Analyse war jedoch in den vorliegenden Fällen meist mit einer hohen Standardabweichung verbunden. Es darf vermutet werden, dass ein rein lineares Modell sicherlich nicht ausreichend zur quantitativen Beschreibung der komple- xen Vorgänge während der Leimung ist. Trotzdem kann diese Methodik wertvolle Erkenntnisse im Hinblick auf Einzelaspekte (wie z. B. die Einflüsse auf Leim- und Ascheretention) liefern.

9 Schlussfolgerungen

Störstoffe Im Rahmen des Projektes wurden als Störstoffquellen Prozesswässer aus Papierfabriken mit verschiedenen Rohstoffquellen (100 % Altpapier = PW DIP bzw. hoher Anteil an Holzschliff = PW Holzschliff) untersucht. Beim PW Holzschliff wurden Holzextraktstoffe und Lignin als primäre Störstoffe identifiziert. Beim PW DIP wurden vorwiegend niedermolekulare Stoffe aus Altpapieren bzw. Additive und Folgeprodukte des Deinking gefunden. Aus diesen Prozesswässern wurden durch Verdünnung mit Frischwasser bzw.

Salzzusatz Modellwässer mit definierten Eigenschaften und deren Einfluss auf die Leimung im Labor- und Technikumsmaßstab untersucht.

(26)

Leimretention Bei den Laborversuchen war der Leimbedarf für das PW Holzschliff etwa fünfmal höher als für das PW DIP. Bei den Versuchen an der Pilotpapier- maschine waren die Unterschiede zwischen den Prozesswässern jedoch weitaus geringer. Aufgrund der stark unterschiedlichen Retentionsverhält- nisse und Prozessbedingungen (Scherkräfte, Trocknung) beim Rapid- Köthen-Blattbildner und der Technikumspapiermaschine ist die Vergleich- barkeit der Ergebnisse nur als qualitativ anzusehen. Im Falle der Harzlei- mung wäre die Anwendung von kationischer Massestärke zur Unterstüt- zung der Retention von Vorteil.

Füllstoffe Die Versuche an der Technikumspapiermaschine verdeutlichten die zentra- le Rolle der Füllstoffe beim Verfahrensschritt Masseleimung. Die bevorzug- te Anlagerung der Leimpartikel an den Füllstoff (PCC) hat zu Folge, dass nur im Falle einer hohen Füllstoffretention eine ausreichende Leimung erfolgt. Bei den füllstofffreien Varianten wurde immer ein geringerer Leim- gehalt im Papier beobachtet.

Korrelations- analysen

Korrelationsanalysen der Wasser- und Papierparameter unterstützen die o. g. Befunde. Der Leimungsmittelgehalt und die Barriereeigenschaften sind stark mit der Füllstoffretention korreliert. Die Wasserparameter (Störstoffe, Salze) beeinflussen die ersteren nur indirekt über ihren Einfluss auf die Füllstoffretention. Dabei sind von den Wasserparametern hauptsächlich die Konzentrationen an Holzextraktstoffen/Lignin und die Leitfähigkeit von Bedeutung.

Leimungs- effizienz

Eine einfache Beschreibung der Leimungseffizienz kann über die relativen Cobb-Werte (Cobb-Wert x Leimgehalt im Papier) erfolgen. Stellt man verschiedene Versuchsreihen gegenüber, so stellt man fest, dass ein weiterer Effekt von den Füllstoffen ausgeht. In füllstofffreien Systemen ist die Wasseraufnahme (Cobb-Wert) bezogen auf den Leimgehalt im Papier deutlich geringer als bei füllstoffhaltigen Varianten. Neben dem Effekt der Füllstoffe auf die Porosität kann man sich vorstellen, dass die Anreicherung der Leimpartikel an den Füllstoffen einer homogenen Verteilung des Leims im fertigen Papier entgegenwirkt oder z. B. die am Leim adsorbierten AKD- Moleküle nicht mehr reaktiv sind (partielle Hydrolyse).

Prognose Aufgrund der relativ hohen Standardabweichungen der Regressionsmodel- le, der Komplexität der Leimungsproblematik, der verschiedenen Rohstoff- quellen und der unterschiedlichen Maschinenparameter ist ein allgemein anwendbares, rein lineares Modell für die Einflüsse der Wasserinhaltsstoffe allein nicht hinreichend zur einer exakten Prognose der Leimung. Allerdings dürfen bei Verfügbarkeit einer größeren Anzahl an Daten für eine bestimm- te Papiermaschine deutlich verbesserte Modelle erwartet werden.

Basierend auf den Papierqualitätsparametern (Cobb-Wert, DA, Leimgehal- te) und den Korrelationsanalysen können dennoch grob folgende kritische Grenzen angegeben werden: